DSP與FPGA核心板設(shè)計(jì)
??? DSP與FPGA控制板是控制平臺(tái)的核心，IS210SAMBH2AA主要包括傳感器信號(hào)調(diào)理電路、故障保護(hù)電路、通訊電路、存儲(chǔ)電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，F(xiàn)PG A通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制I／O分別與ADS8364和DSP芯片連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

??? FPGA設(shè)計(jì)屬于數(shù)字電路硬件設(shè)計(jì)，IS210SAMBH2AA運(yùn)行速度相對(duì)較快，故一般將算法比較固定且對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和速度要求較高的算法模塊加入到FPGA，主要包括：A／D芯片控制、空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)計(jì)算、Park與Clarke變換計(jì)算、PWM輸出控制、快速保護(hù)邏輯控制與開入開出邏輯控制。IS210SAMBH2AA將需要經(jīng)常修改的軟件算法放到DSP中實(shí)現(xiàn)，主要功能包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)用、系統(tǒng)運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)通訊、PI調(diào)節(jié)器控制、低電壓穿越控制等功能。FPAG通過控制ADS8364采樣得到傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)運(yùn)算單元，根據(jù)預(yù)置的Clarke與Park變換算法進(jìn)行運(yùn)算，得到正序與負(fù)序的ud，uq，id，iq，并將計(jì)算結(jié)果傳送給DSP；DSP調(diào)用直流穩(wěn)壓計(jì)算模塊、電流電壓閉環(huán)PI模塊、低電壓穿越檢測(cè)模塊對(duì)FPGA輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線傳送給FPGA，F(xiàn)PGA將接收到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行Park反變換，并通過SVPWM模塊產(chǎn)生12路PWM波形分別來控制機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器IGBT開關(guān)器件開通與關(guān)斷，進(jìn)而控制變流器輸出所需的電壓波形。

4 雙PWM變流器的控制
????雙PWM型變流器由網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)兩個(gè)PWM變流器組成，IS210SAMBH2AA各自功能相對(duì)獨(dú)立。網(wǎng)側(cè)變流器主要功能是實(shí)現(xiàn)交流側(cè)輸入單位功率因數(shù)控制和在各種狀態(tài)下保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，確保機(jī)側(cè)變流器乃至整個(gè)DFIG勵(lì)磁系統(tǒng)可靠工作，機(jī)側(cè)變流器主要功能是在轉(zhuǎn)子側(cè)實(shí)現(xiàn)DFIG的矢量變換控
制，確保DFIG輸出解耦的有功功率和無功功率。兩個(gè)變流器通過相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)完成各自的功能。這里的雙PWM型變流器采用不同的控制策略，其中機(jī)側(cè)變流器通過DFIG定子磁鏈定向進(jìn)行控制，網(wǎng)側(cè)變流器則通過電網(wǎng)電壓定向進(jìn)行控制，控制策略結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4．1 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制
????轉(zhuǎn)子側(cè)變流器目標(biāo)是有功功率和無功功率解耦控制，并為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)提供勵(lì)磁，以實(shí)現(xiàn)定子側(cè)的恒頻輸出。為實(shí)現(xiàn)DFIG的功率解耦控制，列出DFIG有功、無功功率：Ps=udsids+uqsiqs，Qs=uqsids-udsiqs。采用基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制策略并忽略工頻下的DFIG定子電阻，可簡(jiǎn)化為：
??? Ps=-u1iqs，Qs=-u1ids????? (1)
??? 由上式可知，DFIG輸出有功功率Ps與定子電流的轉(zhuǎn)矩分量iqs成正比，無功功率Qs與勵(lì)磁分量ids成正比。因?yàn)镻s和Qs的調(diào)節(jié)是通過DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)電壓型變流器實(shí)現(xiàn)的，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子電壓與iqs，ids之間的關(guān)系如下：
???
??? udr’，uqr’為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電壓、電流解耦控制的解耦項(xiàng)；△udr，△uqr為消除轉(zhuǎn)子電壓、電流交叉耦合的補(bǔ)償項(xiàng)。將轉(zhuǎn)子電壓分解為解耦項(xiàng)和補(bǔ)償項(xiàng)，既簡(jiǎn)化了控制，又能保證控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。構(gòu)建轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器控制系統(tǒng)見圖4。

??? 在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制中，IS210SAMBH2AA通過檢測(cè)定子兩相電壓得到定子磁通角，并進(jìn)行定子磁鏈計(jì)算。通過光電編碼器得到轉(zhuǎn)子速度，積分可得轉(zhuǎn)子初始位置角度。定子電壓頻率減去轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率可得轉(zhuǎn)差頻率。在轉(zhuǎn)速功率雙閉環(huán)控制中，根據(jù)主控?zé)o功給定，計(jì)算出d軸電流指令，使定子側(cè)運(yùn)行在指定的功率因數(shù)；根據(jù)主控的轉(zhuǎn)矩給定和實(shí)際的磁鏈可推導(dǎo)出q軸電流指令，以此來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。將得到的d，q軸電流值加上各自的耦合項(xiàng)反變換到兩相靜止坐標(biāo)系下，作為SVPWM的輸入值來控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器。
4．2 網(wǎng)側(cè)變流器控制
????網(wǎng)側(cè)變流器控制目標(biāo)是：保持輸出直流電壓恒定且有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；確保交流側(cè)輸入電流正弦，功率因數(shù)為1。
??? 在網(wǎng)側(cè)變流器控制中，由于電網(wǎng)電壓保持不變，所以這里采用基于電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)。將三相靜止坐標(biāo)下的變流器模型轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，并將交流側(cè)三相電流變換到d，q坐標(biāo)系下的電流分量id，iq進(jìn)行解耦控制，得：
??? udr=-udr’+△udr+us，uqr=-uqr’-△uqr??????? (3)
??? 式中：us為電網(wǎng)電壓；udr，uqr為變流器輸出d，q軸電壓分量。
??? 設(shè)計(jì)出網(wǎng)側(cè)PWM變流器控制模型如圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，外環(huán)為電壓控制環(huán)。電壓外環(huán)中，將直流環(huán)節(jié)實(shí)測(cè)電壓值與指令值做比較，誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作為d軸電壓的指令值。電流內(nèi)環(huán)中，將實(shí)測(cè)電流的q軸分量與指令值做比較，誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器作為q軸電壓的指令值。將d，q軸電壓指令值變換到兩相靜止坐標(biāo)系下，得到電壓SVPWM的調(diào)制信號(hào)，以此來控制網(wǎng)側(cè)變流器。

RELIANCE WR-D4007

ALSTOM V0701596-001102

ABB PFSK152 3BSE018877R1

EMERSON MMS3120/022-000

GE GESSBS-6AH256

A-B 1326AB-B720F-M2L/B

ABB 3BHE003604R0102 UFC765AE102

BENTLY 136188-02

REXROTH VEP40.3CEN-256NN-MAD-128-NN-FW

KONGSBERG RCU501

ABB AI02J

YOKOGAWA YHC5150X

ABB 3BHB007445P0001 POS.A6033

ABB 3AFE61320946P0001 POS.A6091

ABB AO02

BENTLY 125680-01

Rolls-Royce RRWRC01

ABB PFXC141

ABB PFXA401F

ABB PFVI401

ABB PXAH401

ABB PFVO142

ABB PFVO143

ABB PFEA113-65

ABB PFEA112-20

ABB PFEA111-65

ABB PFBL141B-75KN

ABB PFSA103C

MOTOROLA MDM25RHF9AN5AE

ABB PM511V16 3BSE011181R1

Vibro-meter VM600 CPUM 200-595-067-114

Vibro-meter VM600 MPC4 200-510-071-113

Vibro-meter VM600 CMC16 200-530-025-014

Vibro-meter VM600 RPS6U 200-582-600-013

Vibro-meter VM600 IOC16T 200-565-000-013

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Vibro-meter VM600 IOCN 200-566-000-112

Vibro-meter VM600 204-040-100-012